ЗАТВОР-СТАБИЛИЗАТОР РАСХОДА ВОДЫ Российский патент 1995 года по МПК E02B13/00 

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для деления потока воды при установке на водораспределительном сооружении с отводящими и транзитным каналами.

Известен регулятор уровня воды в оросительном канале [1], содержащий установленный внутри секторного затвора на его плоской грани шток и обратный клапан, телескопически соединенный с одним концом штока, второй конец которого расположен вне секторного затвора и подпружинен относительно его плоской грани, причем в береговых устоях выполнен паз, расположенный на траектории перемещения второго конца штока.

Недостатком регулятора является ограниченный диапазон применения из-за трудностей деления потока воды при установке на водораспределительном сооружении с отводящими и транзитным каналами.

Известен также стабилизатор расхода воды [2], включающий коробчатый щит, передняя стенка которого выполнена ступенчатой и оборудована в нижней части криволинейным оголовком, а задняя стенка содержит горизонтальный козырек, причем короб щита разделен вертикальными ребрами на секции по границам ступеней передней полости.

Недостатком данного стабилизатора является также ограниченное использование при делении потока воды и установке его на водораспределительном сооружении с отводящими и транзитным каналами.

При эксплуатации водораспределительного сооружения, включающего участок транзитного канала и два отвода, зачастую требуется обеспечивать подачу постоянного расхода воды по транзиту, а остальную воду разделить пропорционально между двумя отводами. Известными конструкциями стабилизаторов расхода данную задачу решить довольно сложно, так как помимо устройства стабилизаторов на транзитном канале необходимо постоянно маневрировать щитами отводов при изменяющихся расходах воды в подводящем канале.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет деления потока воды при установке затворов-стабилизаторов расхода воды на водораспределительном сооружении с отводящими и транзитным каналами.

Это достигается тем, что затвор-стабилизатор расхода воды снабжен водосливной пластиной с криволинейным козырьком в верхней части, выполненной с шириной, равной ширине корпуса, причем верхняя кромка низовой грани расположена на уровне верхней ступени верховой грани, а пластина присоединена к низовой грани с возможностью вертикального перемещения и фиксации и обращена козырьком назад.

На фиг. 1 показан затвор-стабилизатор расхода воды в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 изображено водораспределительное сооружение, вид в плане, армированное затворами-стабилизаторами расхода; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3.

Затвор-стабилизатор расхода воды состоит из обшивки затвора 1 (стенка задняя), к которой со стороны верхнего бьефа с помощью вертикальных ребер 2 приварена ступенчатая стенка 3. Вертикальные ребра делят короб на секции 4. В нижней части передней стенки приварен криволинейный оголовок 5, а в нижней части задней стенки - горизонтальный козырек 6. К задней стенке на отметке верхней грани центральной секции короба со стороны нижнего бьефа при помощи съемных болтовых соединений прикреплен криволинейный козырек 7, водосливная грань которого приближена к форме падающей струи. По бокам обшивки затвора 1 приварены вертикальные стойки 8, соединенные ригелем 9, к которому прикреплены грузовой винт 10 и подъемное устройство 11.

Водораспределительный узел (фиг. 3) содержит подводящий канал 12, два отвода 13 и 14 и отводящий канал 15. Водопропускные отверстия отводящих каналов оборудованы затворами-стабилизаторами расхода 16 и 17.

Конструкция затвора-стабилизатора предусматривает работу в следующих режимах:
а) без перелива во внутреннюю полость короба;
б) с переливом во внутреннюю полость короба и без перелива через верхний криволинейный козырек;
в) с переливом во внутреннюю полость короба и через верхний криволинейный козырек.

При работе затвора в режиме без перелива во внутреннюю полость короба, когда напоры в верхнем бьефе не достигают расчетного (Н < Нр), истечение происходит как из-под обычного плоского затвора с повышенной пропускной способностью.

Криволинейный оголовок 5, направляющая которого максимально приближена к форме свободной поверхности, обеспечивает максимальное значение коэффициента скорости ϕ = 0,95-0,97 и коэффициента вертикального сжатия ε = 0,95-0,96.

В режиме с переливом воды во внутреннюю полость короба затвор работает как стабилизатор расхода в диапазоне изменения уровней воды в верхнем бьефе от Нр до Н_мах (фиг. 1). Перелив начинается на уровнях воды, превышающих расчетный, в первые крайние секции короба. С увеличением напора в верхнем бьефе расход воды под остальными секциями возрастает, а под первой секцией уменьшается. Уменьшение расхода воды под первой секцией происходит из-за соударения потока воды, протекающего из-под криволинейного оголовка 5, и потока воды при истечении из-под горизонтального козырька 6, что приводит к уменьшению коэффициента расхода μ = =0,51-0,53. Однако суммарный расход воды, проходящий под стабилизатором расхода воды, остается практически постоянным, так как увеличение расхода воды под остальными секциями компенсируется уменьшением под первой секцией. По мере увеличения напора в верхнем бьефе включаются в работу остальные секции.

При достижении уровня переливной кромки центральной секции начинается перелив воды во внутреннюю полость короба и через верхний криволинейный козырек. Затвор одновременно работает в двух режимах - как стабилизатор расхода воды по транзитному каналу с включением в работу всех секций короба и истечением из-под полотнища и как сбросное устройство, осуществляющее пропуск воды через верх полотнища и криволинейный козырек в отводящий канал.

В составе водораспределительного сооружения затворы-стабилизаторы работают следующим образом.

Когда необходимо воду пропускать по транзитному каналу, затворы-стабилизаторы подняты в верхнее положение, происходит истечение из-под криволинейных оголовков, и вся вода поступает по транзитному каналу.

В случае, когда необходимо обеспечить подачу постоянного расхода воды по транзитному каналу, а излишки воды разделить пропорционально между потребителями и подать ее в отводящие каналы, затворы-стабилизаторы устанавливают на одинаковые открытия, а переливные кромки верхних козырьков - на одинаковые отметки.

В этом случае величины переливных слоев через верхние кромки криволинейных козырьков будут одинаковыми, т.е. Н₁о = Н₂о = Но. При идентичном исполнении верхних козырьков их коэффициенты расхода также будут одинаковыми, т.е. m₁ = m₂ = = m.

Тогда расходы воды отводящих каналов будут пропорциональны ширинам рабочих частей верхних криволинейных козырьков.

Расходы воды, переливающиеся через верхние козырьки, определяются по формуле водослива.

Для первого отвода
Q₁= m₁b H₁o^3/2
Для второго отвода
Q₂= m₂b H₂o^3/2
При m₁ = m₂ и Н₁о = Н₂о отношение расходов воды отводов будет равно
= =
Таким образом, для обеспечения подачи постоянного расхода воды по транзитному каналу и пропорционального вододеления между отводами достаточно установить затворы-стабилизаторы на одинаковые открытия, а переливные кромки верхних криволинейных козырьков - на одинаковые отметки.

Возможность перемещения криволинейных козырьков вдоль задней стенки и их разъемно-болтовое соединение позволяют перевести затворы-стабилизаторы в другие режимы работы. Например, для отключения одного из водопотребителей достаточно переместить криволинейный козырек в крайнее верхнее положение, не допускающее перелива через его кромку.

Таким образом, введение криволинейного козырька, обращенного водосливной гранью в сторону нижнего бьефа, с прикреплением его на уровне верхней грани короба по всей его ширине и с возможностью перемещения вдоль задней стенки позволяет расширить функциональные возможности за счет деления потока воды при установке затворов-стабилизаторов в водораспределительных сооружениях.

Использование: для регулирования расходов воды, подаваемых в отводящие каналы на водораспределительных сооружениях. Сущность изобретения: к низовой грани посредством вертикальных ребер прикреплена верховая ступенчатая водосливная грань. На нижних кромках граней криволинейный оголовок и горизонтальный козырек. К низовой грани с возможностью вертикального перемещения и фиксации присоединена водосливная пластина с криволинейным козырьком в верхней части, направленным назад. Поток воды, проходящий под устройством, стабилизируется и поступает в транзитный канал, а поток над криволинейным козырьком поступает в отводящий канал с расходом, соответствующим положению по высоте криволинейного козырька. 4 ил.

ЗАТВОР-СТАБИЛИЗАТОР РАСХОДА ВОДЫ, включающий коробчатый секционный корпус со ступенчатой верховой водосливной гранью, плоским козырьком на нижней кромке низовой грани и криволинейным козырьком на нижней кромке верховой грани, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет деления потока воды при установке на водораспределительном сооружении с отводящими и транзитным каналами, он снабжен водосливной пластиной с криволинейным козырьком в верхней части, выполненной с шириной, равной ширине корпуса, причем верхняя кромка низовой грани расположена на уровне верхней ступени верховой грани, а пластина присоединена к низовой грани с возможностью вертикального перемещения и фиксации и обращена козырьком назад.